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故障诊断石油和化工设备图1 振动趋势图图2 机组监测概貌图E-138型烟气轮机故障的诊断刘晖1,2，屈双军1,2，杨俊1,2（1.中国石油渤海装备兰州石油化工装备分公司， 甘肃 兰州 730060）（2.甘肃省炼化特种装备工程技术研究中心， 甘肃 兰州 730060）[摘 要]本文阐述了应用状态监测和故障诊断技术对某炼厂E-138型烟气轮机的振动异常进行的分析与诊断，找出了故障原因并提出消振措施，使该烟气轮机的振幅下降，正常运行。
[关键词] 烟气轮机；故障诊断；降低振幅作者简介：刘晖（1967—），男，湖南隆回人，大学本科，工程师。
在中国石油渤海装备兰州石化装备分公司工作。
烟气轮机是炼油厂重油催化裂化装置能量回收的关键设备，它的运行情况直接关系到装置的运行周期和能耗水平。
烟气轮机作为主风机组的驱动设备，对其健康状态的依赖程度越来越高。
在设计、制造、安装、运行、工艺操作等环节稍有不当，都会造成设备在运行时发生故障。
大部分故障表现出的征兆是转子径向振动超标。
本文利用状态监测和分析系统，及时分析了烟机振动超标原因，提出了消振措施，为烟机的日常运行管理和检维修提供了决策依据。
1 故障现象国内某炼厂重催装置主风机组完成大检修后，E-138型烟气轮机组于2020年11月9日开机。
开机后，随着入口蝶阀开度的增大，烟机联轴器侧的两个通道振幅随之增大。
截至12月25日，联轴器侧振幅由开机后38μm逐渐增加到68μm。
但轮盘侧两个通道振幅比较理想，振幅约27μm，波动值约3μm。
如图1所示。
经过现场问询，烟机在检修期间更换了联轴器端径向支持轴瓦，轴颈127mm，轴瓦间隙0.17mm，为1.3‰；同时更换了联轴器两侧的膜片。
在烟机运行期间，用户也多次监测联轴器端的振动烈度，三个方向的平均数值分别为：水平方向4.2mm/s，垂直方向1.0mm/s，轴向2.0mm/s。
2 故障分析12月25日，技术人员利用便携式监测仪对E-138型烟气轮机进行了16个小时的振动数据采集，机组监测概貌图如图2所示。
烟气轮机机械故障的状态监测与诊断摘要：烟气轮机是炼化企业生产中重要的核心设备，在该行业中广泛应用。
但是由于烟机机组自身的特性导致其故障率较高，对生产带来危害。
本文结合状态监测理论和多年来的实践经验，对烟气轮机常见故障的机理、诊断方法及处理手段作介绍。
烟气轮机（简称烟机）是石油化工行业常见的关键设备之一，它利用催化裂化装置生产过程中产生的高温再生烟气余热驱动离心式或轴流式空气压缩机作功或给发电机提供动能。
烟机机组的运行情况直接关系到装置的运行周期和能耗水平，对保证装置正常平稳运行和节能降耗具有重要意义。
据统计：仅中石化集团公司投用的39台烟机机组，2003年度累计创造效益7.8亿元，经济效益十分显著。
但是同时，烟气轮机也是炼化行业关键设备中故障率最高的。
平均无故障运行时间不超过280天，有的厂烟机一年停机修理2-3次是很普遍的现象。
这与装置长周期运行的要求相差很远，频繁停机导致装置能耗上升，处理量下降，严重的使装置切断进料甚至非计划停工的现象时有发生，严重影响了企业经济效益。
因此做好烟机机组的状态监测及故障诊断，及时查清停机原因和设备隐患，采取相应的措施，保证机组安全、稳定、长期运行是十分重要的。
导致烟机故障率居高不下的主要因素是高温和粉尘。
烟机机组的机械功能故障，大多与这两者有关。
烟机常见的故障，例如磨损、叶片断裂、粉尘堆积、动静摩擦、动平衡破坏、同心度偏移、油膜失稳、壳体变形及管线应力影响都是直接或间接与这两者密不可分。
（对于电网波动、仪表系统、液压系统故障导致烟机停机的事故，在烟机故障停机次数中也占有较大比例，但这些不是本文讨论的范围，不在此介绍。
）下面分别对几种类型的故障原因、诊断方法及故障处理作介绍。
一、不平衡及磨损这一类故障的表象是一致的，就是烟机转子的动平衡被破坏，导致振动超标，甚至机组停机。
1．磨损催化裂化装置再生烟气中所含催化剂为主的烟气粉尘，随烟气一起高速通过烟机叶片，对烟机流道产生冲刷，在高温的作用下（通常烟气入口温度在620℃以上），烟气粉尘对转子的磨损加剧，磨损严重的部位常发生在叶片、台肩、榫槽等部位，会出现刀刃状或拇指状的划痕，冲蚀严重时会出现蜂窝状。
燃气轮机故障监测及诊断1. 国内燃气轮机主要类型燃气轮机具有效率高、功率大、体积小、投资省、运行成本低和寿命周期较长等优点。
主要用于发电、交通和工业动力。
燃气轮机分为：（1）轻型燃气轮机为航空发动机的转型，其优势在于装机快、体积小、启动快、简单循环效率高，主要用于电力调峰、船舶动力。
（2）重型燃气轮机为工业型燃气轮机，其优势为运行可靠、排烟温度高、联合循环组合效率高，主要用于联合循环发电、热电联产。
燃气轮机有不同的分类方法，一般情况如图1-1所示。
图1-12. 燃气轮机故障类型1.燃机在启动过程中“热挂”2.压气机喘振3.机组运行振动大4.点火失败5.燃烧故障6.启动不成功7.燃机大轴弯曲8.燃机轴瓦烧坏9.燃机严重超速10.燃机通流部分损坏11.润滑油温度高12.燃机排气温差大3. 燃气轮机故障原因“热挂”的原因：（1）启动系统的问题。
启动柴油机出力不足；液力变扭器故障等。
（2）压气机进气滤网堵塞、压气机流道脏，压缩效率下降。
（3）燃机控制系统故障。
（4）燃油雾化不良。
（5）透平出力不足。
产生压气机喘振的原因：压气机喘振主要发生在启动和停机过程中。
引起喘振的原因主要有：机组在启动过程升速慢，压气机偏离设计工况；机组启动时防喘放气阀不在打开状态；停机过程防喘放气阀没有打开。
机组运行振动大的原因：引起燃气轮机运行振动的原因较多，对机组安全运行构成威胁，因此应高度重视。
下面列举部分引起机组振动的情况：（1）机组启动过程过临界转速时振动略微升高，属正常现象，但在临界转速后振动会下降。
按正常程序启动燃气轮机时，机组会快速越过临界转速，如果由于升速慢引起振动偏高，应检查处理升速较慢的原因。
（2）启动过程中由于压气机喘振引起的振动偏高，喘振时压气机内部发出“嗡…嗡…”声，对这种情况应检查压气机喘振的原因和对机组带来的不良影响。
（3）机组启停后没有按冷机程序执行，或冷机过程对气缸和转子的非均匀性冷却，致使燃气轮机转子临时性弯曲，造成在启动过程中晃动量大，引起振动偏大。
燃气轮机排气温度异常检测及诊断发布时间：2023-01-28T05:26:36.108Z 来源：《科技新时代》2022年9月16期作者：王韩[导读] 燃气轮机车辆是目前可用的主要驱动发动机之一王韩宁波大学海运学院轮机工程 315832摘要：燃气轮机车辆是目前可用的主要驱动发动机之一，用于航空、电力、船舶等领域。
煤气厂结构复杂，工作环境恶劣，如果不及时检测和修复，可能会造成干扰，严重影响运行的安全性和可靠性。
燃气设施的数量越多，就越能考虑到它们的工作方式，如果燃气设施发生故障，可能会影响电力系统的稳定，造成巨大的经济损失，甚至影响经济的稳定，这也体现在一项关于燃气车故障的研究中。
基于此，对燃气轮机排气温度异常检测及诊断进行研究，以供参考。
关键词：燃气轮机排气；温度异常；检测及诊断引言燃气轮机排气的具体温度能够在一定程度上代表其整体系统运转的质量水平，不同温度能够反映燃气轮排气的实际故障。
技术人员通过对温度以及相关参数的对比检测，能够对燃气轮机的实际运行效率、质量等进行合理评估，同时对系统既有的隐患以及可能发生的故障做出诊断，全面性地提升燃气轮机运行的稳定性、安全性与可靠性。
排气温度能够直接反映出燃气轮机运行状态的健康与否，针对甩负荷、涡轮叶片等组件、零部件的影响进行故障诊断研究，有助于提升整体燃气轮机的健康管理水平。
1燃气轮机排气温度异常原因燃气轮机正常运行时，排气温度较低。
随着燃气轮机运行时间的延长及在其他因素影响的背景下，将不同数据处理法对聚类精准度的影响出现以下排气温度升高反应：轴流压气机结垢→压气机管路变窄→排气温度升高进而导致燃气轮机排气温度上升。
在正常情况下，可通过以下两类方式进行燃气轮机稳控调节。
其一为温度燃料双限制控制，其二为温度喷嘴控制。
1.1温度燃料双限制控制若温度喷嘴未能对排气口排气温度有效控制，可采用此类模式。
通过减少进入燃料室内燃料气的温度，进而抑制温度提升，但此方法是通过减少燃料的方式来实现的。
汽轮机故障排查方法说明书一、前言汽轮机作为一种高效率的动力装置，被广泛应用于各个行业领域。
然而，由于各种因素的影响，汽轮机的故障是难免的。
故障的快速排查，将对保障汽轮机的正常运行起到至关重要的作用。
本说明书旨在为汽轮机的故障排查提供一定的参考指导。
二、故障排查方法1. 观察检查法通过目视或视频观察汽轮机运行时的状态变化来寻找问题。
观察检查法是最基本的汽轮机故障排查方法之一。
①观察排气管检查汽轮机排气管口周围有无异常情况出现，如白色气体、积碳、漏油等。
这些都是汽轮机故障的重要表征，可以帮助定位问题所在。
②观察机组振动检查汽轮机机组振动情况，了解机组振动是否正常。
如果机组振动数值过大，则需要进一步检查油膜支承、转子旋转部件等是否出现故障。
2.温度测试法使用红外线热像仪或其他温度测试引擎，搜集汽轮机的温度信息。
通过温度测试结果进行故障排查，可以帮助准确判断问题所在。
①温度检测转子轴承使用红外线热像仪检查汽轮机转子轴承的温度，判断其是否存在故障。
②温度检测驱动机检查汽轮机驱动机的温度。
如果温度过高，就有可能是由于机油流量不足或机油压力不足导致的。
此时，应及时查找相应问题。
3. 分析比对法在排查汽轮机故障时，分析比对法是一种常见的方法。
可以对多个方面的数据进行比对，帮助判断问题所在。
①比对沉降通过沉降来检测汽轮机的水平是否正常。
如机组沉降过大，往往意味着汽轮机存在故障，需要及时处理。
②比对进口与出口压力检查汽轮机进口和出口压力是否符合预期值，如进口压力过低，出口压力过高等，均表示汽轮机可能存在故障，需要进一步判断。
4. 实验测试法实验测试法是汽轮机故障排查中一种比较常见的方法，可以通过实验测试来确认问题所在。
①轴承振动测试进行轴承振动测试，通过振动测试数据分析，判断轴承问题的程度。
如果振动数值过大，则需要进一步检测轴承的具体问题。
②流量测试进行流量测试，判断润滑油的流量是否正常。
如润滑油的流量过小，将导致汽轮机机组振动过大。
烟气轮机机械故障的状态监测与诊断摘要：烟气轮机是炼化企业生产中重要的核心设备，在该行业中广泛应用。
但是由于烟机机组自身的特性导致其故障率较高，对生产带来危害。
本文结合状态监测理论和多年来的实践经验，对烟气轮机常见故障的机理、诊断方法及处理手段作介绍。
烟气轮机（简称烟机）是石油化工行业常见的关键设备之一，它利用催化裂化装置生产过程中产生的高温再生烟气余热驱动离心式或轴流式空气压缩机作功或给发电机提供动能。
烟机机组的运行情况直接关系到装置的运行周期和能耗水平，对保证装置正常平稳运行和节能降耗具有重要意义。
据统计：仅中石化集团公司投用的39台烟机机组，2003年度累计创造效益7.8亿元，经济效益十分显著。
但是同时，烟气轮机也是炼化行业关键设备中故障率最高的。
平均无故障运行时间不超过280天，有的厂烟机一年停机修理2-3次是很普遍的现象。
这与装置长周期运行的要求相差很远，频繁停机导致装置能耗上升，处理量下降，严重的使装置切断进料甚至非计划停工的现象时有发生，严重影响了企业经济效益。
因此做好烟机机组的状态监测及故障诊断，及时查清停机原因和设备隐患，采取相应的措施，保证机组安全、稳定、长期运行是十分重要的。
导致烟机故障率居高不下的主要因素是高温和粉尘。
烟机机组的机械功能故障，大多与这两者有关。
烟机常见的故障，例如磨损、叶片断裂、粉尘堆积、动静摩擦、动平衡破坏、同心度偏移、油膜失稳、壳体变形及管线应力影响都是直接或间接与这两者密不可分。
（对于电网波动、仪表系统、液压系统故障导致烟机停机的事故，在烟机故障停机次数中也占有较大比例，但这些不是本文讨论的范围，不在此介绍。
）下面分别对几种类型的故障原因、诊断方法及故障处理作介绍。
一、不平衡及磨损这一类故障的表象是一致的，就是烟机转子的动平衡被破坏，导致振动超标，甚至机组停机。
1．磨损催化裂化装置再生烟气中所含催化剂为主的烟气粉尘，随烟气一起高速通过烟机叶片，对烟机流道产生冲刷，在高温的作用下（通常烟气入口温度在620℃以上），烟气粉尘对转子的磨损加剧，磨损严重的部位常发生在叶片、台肩、榫槽等部位，会出现刀刃状或拇指状的划痕，冲蚀严重时会出现蜂窝状。
2．叶片断裂当叶片均匀冲刷时，磨损对烟机转子平衡的影响不大，而当出现不均匀磨损时，转子动平衡破坏，机组振动值上升。
当冲蚀现象日益加剧，叶片受损严重，同时机组振动逐渐加大，受损叶片在长期振动产生的交变应力的破坏下极易发生断裂，因为叶片突然断裂又会使烟机转子动平衡严重破坏，振动值巨幅上升。
3．粉尘堆积目前投用的各类烟机中普遍采用过热蒸汽或饱和蒸汽冷却、吹扫烟机轮盘。
高温的烟气通过混有较低温度的蒸汽时，或吹扫蒸汽本身带有不饱和蒸汽时，在水分凝结作用下，烟气粉尘会大量附着在烟机流道及叶片上。
这些结焦物有时是均匀分布的、有时是不均匀的，将直接影响转子的动平衡。
特别是烟机运转过程中烟气条件不断变化或结焦物增多、增重后，附着在叶片某部位的结焦物受离心力作用被甩脱，这样就严重破坏了转子的动平衡，引起机组振动突发性升高。
而当结焦物大部分被甩掉后，烟机的振动又会降下来。
很多烟机在运行时振动情况波动都是这一过程引起的。
粉尘堆积现象更容易发生在双级轮盘的烟气轮机上，这也是双级烟机故障率相对偏高的主要原因。
4．故障的监测与诊断这一类故障都是因为转子质量偏心造成的。
不平衡故障按其发生过程可分为原始不平衡、渐发性不平衡和突发性不平衡几种情况。
对于不平衡类的故障进行诊断时要掌握以下要点：(1)时域波形为近似的等幅正弦波；(2)频谱成分以转子工频为主；(3)轴心轨迹为一个较稳定的偏心率较小的椭圆；(4)全息谱上，工频椭圆较大，而其它成分均较小；(5)振动随转速变化明显。
若在低速转动时振动值过大，则有可能是测振探头失真或轴上测振带损伤；(6)通常径向振动较大，而轴向振动较小。
但是当发生轴弯曲时，轴向振动会明显上升。
对于烟机转子的初始不平衡和运行过程中逐渐产生的不平衡故障应区别对待。
对于后者可以采取调整工艺参数、提升烟气质量、优化操作手段等方法加以克服，避免非计划停机。
5．诊断实例武石化催化装置2＃主风机机组采用YL一3000II型烟气轮机，由中石化北京设计院设计，兰炼机械厂生产，为单级悬臂式结构，功率2500kw。
该机于1984年投用，1996年11月份，烟机振动值达到120-140μm，后经过工艺调整，其振动值降至报警线以下，运行一段时间后，到1997年初振动值再次高报，危害安全生产。
在这期间的监测发现，烟机各测点的频谱中均以工频成分为主，且径向振动明显，当烟机负荷变化时振动值变化不明显，而同时油液、温度、流量等工艺参数正常，因此诊断为不平衡故障。
结合机组运行中振动值波动较大的情况，分析认为是催化剂粉尘在烟机叶片上结焦-脱落这一过程所致，建议烟机操作人员改变吹扫蒸汽的流量及温度，以改变烟机轮盘及叶片的温度，使结焦物在交替变换的温度环境下松动直至脱落。
反复数次操作后，烟机振动值在经过一段时间的波动变化（80-110μm）后迅速下降，最终稳定在60-70μm左右，调整工作结束。
此后烟机机组运行较平稳。
年底烟机解体检修时，在烟机叶片上发现了少部分不完整的层叠状结焦块，证实了先前的判断。
二、不对中及热变形造成机组转子不对中的原因有安装误差、管道应力影响、温度变化产生的热变形、基础沉降不均等。
较高的温度导致烟机和风机的壳体及管线存在热膨胀，由于设计或制造上的缺陷常常会导致壳体及管线的热分布不均匀，而支座猫爪（滑移支座）或导向槽故障也会引起壳体膨胀受阻，造成壳体变形、移位及承受较大的热应力。
因此对于烟机机组而言，热变形是导致对中状况恶化的主要原因。
1．故障的监测与诊断不对中有两种基本形态：平行不对中和角度不对中，在监测过程中对这两种情况要加以区分。
(1)对于平行不对中来说，频谱中二倍频成分能量显著，而发生角度不对中时主要能量仍集中在一倍频，但会有明显偏大的轴向振动；(2）波形在基频正弦波上存在二倍频次峰；(3)提纯轴心轨迹显香蕉形或“8”字形；(4)全息谱上工频及倍频椭圆较扁，同一测点两方向的二倍频相位之差为180°；(5)平行不对中主要在径向振动上反映，且同一测点两方向振动会有明显的差值，主振方向与不对中的方向对应。
角度不对中时轴向振动可能明显大于径向振动；(6)振动大小随转速变化明显，随负荷增大而增大；靠近联轴器的轴承处振动较大。
单纯的热变形故障的故障特征与不对中故障极为相似，它的主要表现一般来说是在圆周方向某处出现明显的工频成分，其振动随转速的变化不明显。
另外，还可以借助红外热像技术或温度测量手段来加以区分。
2．诊断实例武石化联合装置烟气轮机，型号YLⅡ-4000，兰炼机械厂生产。
该机于2003年7月底检修后开机振动高报停机，切除自保系统后再次开机振动值高达175μm，严重危害机组运行。
经现场监测，烟机测点中靠联轴器端振动值明显大于另一端，风机亦是如此；烟机轴向振值明显偏高，频谱中以工频能量为主，二倍频成分明显（见图1)。
初步判断为对中故障，但是检修时采用了激光找正仪器，所有找正值均在标准内。
进一步检查发现：开机后风机排气端（靠烟机端）机壳中心线向北偏移了0.27mm，风机排气端纵销靠死北侧而进气端位置正常。
这说明风机转子在热应力作用下向北发生偏移，且产生开口朝北的角度不对中。
这与前面的故障表象也是相符合的。
图1烟机不对中时的全息谱图在得出这一结论后仍然不足以解释振动值如此之大的原因。
再进一步检查中得知烟机联轴器处供油管曾经发生堵塞（该烟机为齿式联轴器），这样推测烟机联轴器因润滑不当导致转矩锁定而卡死，引发振动值激增是最合理的解释。
得出这样的结论后，大胆地采用超常规的手段：用冷水直接冲淋烟机轴承箱南侧，目的是使烟机转子朝南开口方向偏转，从而摆脱联轴器转矩锁定力，一旦转矩锁定解除后，烟机振动就会明显下降。
这样在冷水冲淋后不久，烟机振动果然开始下降，之后一直稳定在65μm之下，成功地避免了机组停机事故。
三、动静摩擦大型机组动静摩的几率比一般设备要大得多。
对烟机来说，由于高温变形，烟气粉尘堆积作用更易发生碰摩故障（尤其是二级式的烟气轮机）。
另外，气封间隙过小，同轴度偏差过大，油膜不稳，承载力减低等因素都会导致碰摩发生。
动静摩擦会产生切向摩擦力，使转子产生涡动，转子的强迫振动、碰摩自由振动和摩擦涡动运动叠加在一起，产生出复杂的、特有的振动响应，因而摩擦力表象具有明显的非线性特征。
这一类故障的振动具有以下特征：1．时域波形有明显的“削顶”现象。
2.频谱上除工频外还存在丰富的高次谐波成分，如2X、3X…和1/2X、1/3X、1/4X…a)波形预谱图b)轴心轨迹图图2烟机动静碰摩的波形频谱图及轴心轨迹3．全息谱上出现较多偏心率大的椭圆。
4．轴心轨迹上有“尖角”。
5．振动大小有方向性，可能在某个方向会明显偏大。
6．当叶片部位发生碰摩时，还会在叶片通过频率处产生高频的响应特征。
图2所示为某烟机粉尘堆积后发生动静碰摩的典型实例，可以看出它的谱图特征与前所述十分吻合。
事后检查该烟机转子，发现其级间导叶组件上堆满结垢了的烟气粉尘，导致与烟机轮盘直接接触、摩擦。
设备的故障诊断必然要经过信息收集一分析判断一推理一验证的循环反复的过程，对大型设备尤其像烟机机组这样复杂的多机组设备，它承受着机械、电气、热力等多种变化作用，且工况随生产需要经常变化，使用单一的分析办法很难判断异常所在。
在监测时应采用多种方法进行综合分析，包括振动、油液、温度、工艺参数的相互联系，不断完善机组状态监测手段，提高故障诊断的精确度，确保机组的安全、长周期运行。
